电子线路CAD课程计划报告.doc

/目目 录录第 1 章 绪论 21.1 设计目的及要求 21.2 设计流程 . 2第二章 原理分析 32.1 最小系统的结构 .32.2 各电路的原理分析 .3第三章 原理图绘制 83.1 原理图设计的一般步骤 83.2 元件库的设计 .8第四章 PCB 图的绘制 124.1 创建该项目下的 PCB 文件 .124.2 绘制 PCB 12总 结 15参考文献 16附 录17第一章 绪论/1.1 设计目的及要求电子线路 CAD 是以电为主的机电一体化工科专业的专业基础课，作为通 信工程专业，要通过学习一种典型电子线路 CAD 软件 altium designer，掌握计 算机绘制包括电路（原理）图、印刷电路板图在内的电气图制图技能和相应的 计算机仿真技能。通过本次设计，达到了解 DXP 软件的运用，认识 51 单片机的 最小系统的构成以及学会改正制图过程中遇到的问题。 根据课程设计的题目，独立设计、绘制和仿真电路，实现 51 单片机的最最 小系统。要求如下： （1）设计出原理图自己绘制 51 单片机最小系统的电路图，分析电路图中 各小电路的工作原理； （2）用 DXP 软件画出原理图； （3）用 DXP 软件仿真出 PCB 板，熟悉电路板的加工工艺；1.2 设计流程本次设计主要是熟练运用 DXP 作出最小单片机系统的电路图，以下通过介绍最小系统的各部分电路的电路图及原理，通过在 DXP 上绘制原理图，检查并修改错误，最后生成完整 PCB 板。/51单单片片机机 第二章 原理分析2.1 最小系统的结构单片机单片微控制器，是在一块芯片中集成了 CPU（中央处理器）、RAM（数据存储器）、ROM（程序存储器）、定时器/计数器和多种功能的I/O(输入和输出)接口等一台计算机所需要的基本功能部件，从而可以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。单片机最小系统电路主要集合了串口电路、USB 接口电路、蜂鸣器与继电器电路、AD&DA 转换电路、数码管电路、复位电路、晶振电路和 4*4 矩阵键盘等电路。如下介绍几种简单的电路设计。下图是本次设计的的几个有关电路图总体框图：2. 图 2-1 总体设计框图4*4 矩阵键盘(SW_BP16)蜂鸣器(Bell)串口电路(MAX232)显示电路(8SEG)AD&DA 转换复位电路时钟晶振电路/2.2 各电路的原理分析2.2.1 晶振电路+按键复位电路设计图 2-22.2.2 串口电路设计51 系列单片机片内有一个串行 IO 端口，通过引脚 RXD(P30)和TXD(P31)可与外设电路进行全双工的串行异步通信。8051 单片机的串行端口有 4 种基本工作方式，通过编程设置，可以使其工作在任一方式，以满足不同应用场合的需要。其中，方式 0 主要用于外接移位寄存器，以扩展单片机的IO 电路；方式 1 多用于双机之间或与外设电路的通信；方式 2，3 除有方式l 的功能外，还可用作多机通信，以构成分布式多微机系统。串行端口有两个控制寄存器，用来设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送的波特率(每秒传送的位数)以及作为中断标志等。在一定条件下，向阳 UF 写入数据就启动了发送过程；读 SBUf 就启动了接收过程。串行通信的波特率可以程控设定。在不同工作方式中，由时钟振荡频率的分频值或由定时器 Tl 的定时溢出时间确定，使用十分方便灵活。串口电路设计主要是采用 RS232 与上位机 PC 相连，驱动串口电路则使用MAX232 芯片进行设计，电路设计如图 2-3 所示。/图 2-3 串口电路设计 2.2.3.蜂鸣器设计蜂鸣器一般作为报警功能使用，结构比较简单，使用起来很方便。蜂鸣器设计电路如图 2-2-2 所示。图 2-4 Bell 设计电路2.2.4.AD&DA 转换器设计AD 转换器也就是模数(Analog to Digital)转换器，即将模拟量(如电压、电流等)转换成数字量显示。设计采用了 TI 公司的 AD 芯片 TLC549 ，这是一种低价位、高性能的 8 位 AD 转换器，是以 8 位开关电容逐次逼近的方法实现 A/D 转换。DA 转换器就是数模(Digital to Analog)转换器，即将数字信号转换成模拟信号。/AD&DA 转换电路如图 2-5 所示。图 2-5 AD&DA 转换电路2.2.5.四位 8 段数码管的设计数码管电路设计如图 2-6 所示。图 2-6 数码管的电路设计2.2.6.4*4 矩阵键盘的设计在按键数量较多的场合，矩阵键盘与独立按键键盘相比，要节省很多的 I/O 口。矩阵键盘的按键设置在行、列线的交点上，行、列线分别连接到按键开关 的两端。列线通过上拉电阻接到+5V。 平时无按键动作时，列线处于高电平状态，而当由按键按下时，列线电平状 态将由与此列线相连的行线电平决定。行线电平如果为低，则列线电平为低； 行线电平如果为高，则列线电平亦为高。这一点是识别矩阵键盘按键是否被按 下的关键所在。/该电路中还有一个与门，这个与门用来产生中断信号，当键盘中没有键按下 时，所有行线的输出都应为低电平，以区别于列线状态，当矩阵键盘中任何一 只键按下时，与门输出由高电平变为低电平，向 CPU 申请中断，由于矩阵键盘 中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在行和列的电平。因此各按键彼 此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理，才能 确定闭合键的位置。矩阵键盘的电路设计如图 2-7 所示。图 2-7 矩阵键盘/第三章第三章 原理图绘制原理图绘制3.1 原理图设计的一般步骤（1）打开 altium designer ，建立一个项目，并保存为“cad 课设”。 （2）下面所有元件设计及 PCB 的制作都要求在这个项目中进行。 （3）打开文件中创建原理图，点击。进入原理图界面，此时根据原理图图纸大 小及版图选择符合自己的板式。 （4）放置元件。从元件库中选取所需元件。 （5）原理图布线。 （6）检查原理图是否正确，显示详情。图 3-1 检查电路图3.2 元件库的设计（1）根据所给的原理图，在 altium designer 上画出图形。对于元件库里 面没有的器件，需要自己查阅芯片数据手册手动画出元件库，然后放在“my device”元件库中。（2）如下图所示。先点击文件选项中创建，选中库，继续点击原理图库。 根据要求画出元件的引脚图。手动绘制元件如下/图 3-2 STC89C52、74574、引脚图（3）对元件进行封装。点击文件菜单中的 PCB，画出内部封装形式，需要加 入焊盘等。图 3-3 STC8C52 的封装/图 3-4 74ls574 封装（4）封装完成后，对元件进行追加，保存，进而完成元件库中一个芯片的设计。然后将自己绘制的元件图库和封装图库放置在新建一个集成库“my device”中，编译集成库，即可将绘制的元件导入到 library 中。（5）画好原理图之后，所有的元器件的标号都没标号，因此需要统一注释，点击工具注释，会出现如下图形 3-5 所示。/图 3-5 原理图注释（6）然后点击更新变化表，会提示有多少个变化，点击 OK 即可。如下图 3-6 是总原理图：图 3-6 总原理图（7）对生成的原理图进行编译，project 中选择的 compile document .，/如下图 3-7图 3-7 出现如上界面，根据消息 messages 中的错误和警告对原理图进行修改，直到错 误和警告全部改好。/四、四、PCB 图的绘制图的绘制4.1 创建该项目下的 PCB 文件点击 files，选择 PCB Board Wizard，如下图 4-1 所示。图 4-1 创建 PCB 文件4.2 绘制 PCB在 PCB 界面，点击 design 中的 Import Changes from PCB_Project1.PRJPCB，出现如图 4-2 所示界面。图 4-2 导入 PCB 工程变化订单依次点击是变化生效、执行变化，如果没有错误显示，就可以关闭了。若有错误出现，根据错误提示改正，然后重复操作导入步骤，直到没错误为止，最后关闭该窗口。先自动布局，然后手工调整，尽可能按照原理图的元件安排对元件进行布局。因为有很多芯片为表贴元件，其焊盘较小，为避免与导线宽度规则相矛盾，/修改安全距离 Clearance 为 3mm。当手动布局完成之后，开始 PCB 自动布线。点击自动布线全部对象。如果觉得布线不是很理想，可以自己手动布线。上述步骤无误后，最后得出的 PCB 图如图 4-3 所示。图 4-3 单片机最小系统 PCB 图/总结通过做这次电气制图与电子线路 CAD 的课程设计，发现自己对 altium designer 软件还不是很熟悉，导致制图的时候不是那么得心应手。尤其是刚开始学这个软件的时候，有时候有些原件需要找较长的时间，制图出了问题也不知道该怎么解决。不过通过这段时间的学习，我对这个软件的兴趣越来越浓厚，我希望在之后的学习中能多学和多用这个软件，以此来填补自己在制图方面的缺陷，并为以后的学习和工作打下坚实的基础。/参考文献1邵群涛主编.电气制图与电子线路 CAD.机械工业出版社2郭天祥主编.51 单片机 C 语言教程.电子工业出版社3秦实宏 徐春辉主编 .MCS-51 单片机原理及应用.华中科技大学出版社/附录附录